1研究现状综述

随着稠油开采工艺技术的不断发展，国内外对提高稠油泵系统效率的研究非常重视，采取了一系列新工艺措施，在提高抽汲系统效率方面取得了明显的经济效果。尽管如此，稠油泵仍存在许多问题，诸如泵筒磨损严重、阀球工作的不平衡、工作参数不匹配等，所有这些都在不同程度上影响着抽汲系统的高效运行。

抽油机——深井泵装置系统效率的理论上限为49%，理论下限为41%。把油井实测系统效率与油井理论系统效率相比较可以看出，一般相差一倍以上，有很大的节能增效潜力，只要采取相应的措施，合理优化设计参数，加强管理，系统效率会有较大幅度的提高，也会节约大量的能源。

提高稠油泵系统效率是油田挖潜增效的系统工程。开展系统效率研究必须结合油田开发的实际情况，在此基础上，进行系统参数优化设计，井下工艺配套和地面系统等硬件设备的优化配置，才能达到预期目的。

2稠油油藏的开发现状

以多种开采方式的应用为前提，综合井下具体环境，目前使用的稠油泵主要有液力反馈泵、螺杆泵和环流泵。在实际使用中，根据他们三者各自的不同性能进行优选泵型，提高泵效和抽汲系数，增加油井产能。在实际的油井生产中，多种先进稠油泵的出现，使得稠油开采正变得高效化、自动化。

但是由于稠油油藏本身的特点，以及泵的不完善性，油田普遍存在原油粘度大，原油携砂能力强，油井出现软卡和砂卡泵现象，影响了油井的正常生产。同时也增加了采油区措施工作量，导致采油成本上升。

在防砂抽稠和环腔吸入面积方面，尽管应用了多种新技术来提高泵效，但生产中仍存在抽油杆柱断脱、磨损，泵吸入不理想，检泵周期长等现象，影响了措施的有效率，不能较好的发挥稠油泵的性能。因此，对环腔泵进行参数优选，对其现场应用进行评价研究，以切实提高环腔泵的抽汲能力，是本文最终要解决的问题。

3空心抽油杆的基本参数设计

普通抽油杆分为C、D、K三个等级，C级抽油杆用于轻、中级负荷的油井，D级抽油杆用于中、重负荷的油井，K级抽油杆用于轻、中负荷并有腐蚀性的油井。一般油田主要的区块都根据实际情况进行具体选择。

除此之外，为满足特高含水期提液的要求以及稠油油藏的开发，近些年出现了多种特种抽油杆。这些特种抽油杆与普通的抽油杆相比，其材料、结构、性能和用途具有很大差别，主要有超高强度抽油杆、钢制抽油杆、柔性抽油杆、玻璃钢抽油杆、空心杆抽油杆。由于稠油油藏的特殊性，本文将就空心抽油杆做深入研究。

为了开采稠油井和结蜡井，常采用空心抽油杆抽油，空心抽油杆既传递动力，又可当液流通道，可从空心杆内掺入热水对采出液加热降粘清蜡，或从空心杆内放入热电缆对井液进行电加热。目前开发的空心抽油泵，可通过空心杆内孔作为产出液的油流通道将井液送到地面。空心杆是这些采油工艺的必用设备。空心抽油杆在结构上有直接联结和接箍联结两种。直接联结的空心抽油杆一端为外螺纹，另一端为内螺纹；接箍联结的空心抽油杆两端均为外螺纹，有接箍连接。

空心抽油杆用无缝钢管做杆体，材料为35CrMo。接头一般有两种，一种是两头加热后镦粗加工而成；另一种是单加工后用冲击摩擦焊将接头与杆体焊接起来，然后进行表面处理。要求杆头强度必须高于杆体强度其机械性能可达到D级抽油杆水平。空心抽油杆的规格及其性能列表：

空心抽油杆的优点：

(1)空心抽油杆除可做普通抽油杆传递动力外，还可通过其内孔加入各种稀释剂、轻油、破乳剂、防腐剂、热油等来降低原油的粘度、控制油井结蜡，这有助于改善井筒中原油的物理性质，提高泵效。

(2)空心抽油杆的油流通道小，流速快，不易沉积砂粒，适用于含砂油井。

4空心杆环腔稠油抽油泵的基本结构

HLB型空心环腔稠油稠油泵结构。

1－泵筒接箍；2－拉管接头；3－柱塞阀罩；4－柱塞；5－中心拉管；6－游动阀座；7－游动阀；8－泵筒；9－拉管柱塞；10－环流阀阀体；11－环流阀球；12－环流阀座；13－异径接头；14－密封短节空心环腔稠油抽油泵的泵筒总成悬挂一定长度的尾管，随油管柱下至泵挂深度位置后，终端器，泵下空心杆，拉管柱塞及柱塞总成依次随空心杆柱下入油管中，直至穿过空心环流泵的泵筒和密封短节内孔而延伸至泵下。拉管柱塞的上端接触环流阀体，使杆柱定位，柱塞及拉管柱塞反别进入泵筒和密封短节的内腔工作位置。

在井口，整体电缆经电缆车下入空心杆中，并穿过中心拉管，拉管柱塞和泵下空心杆，通过终端器和空心抽油杆形成回路。当送入工频交流电时，集肤效应作用使空心杆壁发热，从而实现对泵下，泵中，泵上原油的全程加热。若不下入终端器和整体电缆，则可在地面通过空心杆向泵下注入热载体和降粘剂。从其结构图可知，该型泵上提杆柱和柱塞总成便可自动泄油，井下可不安装泄油器。另外，还可不动管柱进行油井测试和对稠油层注入蒸汽，实施蒸汽吞吐工艺。

5空心环腔稠油抽油泵工作原理

上冲程时，杆柱带动中心拉管，游动阀，拉管柱塞，泵下空心杆一起上行，柱塞总成在泵筒摩擦力和液柱压力作用下，迫使游动阀关闭，柱塞随杆柱上行，油液被举升至地面。同时泵筒和拉管柱塞之间的工作环腔体积增大，压力降低，尾管内被加热或稀释降粘的原油在动液面压力作用下，打开环流阀球进入泵筒工作环腔内。

下冲程时，杆柱在重力作用下下行，柱塞总成受泵筒摩擦力和上行惯性力作用而滞后于杆柱，通过拉管接头推动柱塞阀罩和柱塞总成上行，游动阀被强制打开；同时，工作环腔内压力升高，环流阀关闭，工作环腔内的油液通过柱塞与中心拉管环腔进入上腔。空心环腔稠油抽油泵主要技术参数。

6空心环腔稠油抽油泵悬点载荷分析

上冲程中，使用常规型采油时，固定阀打开，游动阀关闭，空心抽油杆与液体没有相对运动；而液力反馈型在上冲程中出油阀打开，进油阀关闭，空心抽油杆与排出液体间存在相对运动。因此，两者的差别在于液力反馈型抽油泵比常规型抽油泵增加了上行载荷，这个增加的载荷由两部分组成：一是由于液体流动产生的排出液体与空心杆内壁间的摩阻力；

二是流体通过出油阀时产生的阻力。下冲程中，使用常规型时，固定阀关闭，游动阀打开，空心抽油杆与排出液体间存在相对运动；而使用液力反馈型时，出油阀关闭，进油阀打开，空心抽油杆与液体没有相对运动。抽油机的悬点载荷的差别在于采用液力反馈型与常规型相比，抽油机下行载荷增加了因上柱塞以上液体压力作用在小柱塞截面上产生的下行力；而减少了排出液体与空心抽油杆内壁间的水力摩阻力。因此，采用液力反馈型空心抽油泵采油工艺有效的解决了空心抽油杆下行困难的问题。

7空心环腔稠油抽油泵泵效分析影响最大泵效的因素

从深井泵工作的三个环节(活塞让出体积、原油进泵、泵筒排出)来看，在假定的条件下，此时影响泵效的因素可简化为以下三个方面：

(1)冲程损失的影响。由于油管柱和抽油杆在交变载荷作用下引起弹性变形，使活塞冲程Sp小于光杆冲程S，其差值λ=S-Sp即为冲程损失。

(2)气体和充不满的影响。当油中含气较多时，气体进泵后，占据了活塞让出的一部分空间，或由于地层供液不足，地层液体不能充满活塞让出的体积，从而使泵效降低。

(3)漏失影响。由于泵的间隙偏大，或由于泵收到腐蚀，或由于含砂，或由于泵内结蜡使固定阀、游动阀关闭不严等，都会导致泵的漏失。此外还有油管漏失和泄油器漏失。这些都会使吸入泵内的液体不能全部排到油管里，导致泵效降低。

8空心环腔稠油抽油泵理论排量分析

在理论情况下，活塞在一个冲程中，吸入和排出泵筒的液体都等于活塞在上冲程让出的体积V。相应地，在一个冲程中，泵应从地层抽出的液体体积V。

V=fp·S(m3)

fp=πD2/4

式中fp——当量活塞截面积，m2；

S——光杆冲程，m；

D——当量泵径，m。

每天的理论排量为：

Q=1440×πD2Sn(m3/d)

式中n——冲次，min-1。普通型的理论排量为Q1，液力反馈型为Q2。当不改变光杆冲程和冲次时Q1：Q2=D12：D22。采用HLB型空心环流稠油稠油泵的主要技术参数。则D2＝42.60mm，

注：由于没有足够的参数，最大的泵径采用了(115-10)mm

解得D22=5961.2mm2

则Q1：Q2=D12：D22=42.62：5961.22=1：3.2849

由上述计算可知理论排量有了很大的提高，当然我们也考虑到如设计液力反馈型泵，在不改变泵的长度时，必然冲程要较普通型小。如果考虑液力反馈型的冲程只有普通型的一半，

即S1：S2=2：1

此时Q1：Q2=D12S1：

D22S2=(2×42.62)：5961.2=1：1.6424

故，排量仍然有了较大的增长空间。

9结论

该泵除了有上述优点，即下行容易，泵效高，排量大，还具有空心抽油泵的所有优点。

10结束语

目前，稠油泵泵效问题日趋严重，直接影响原油的开采成本。本论文针对稠油开采中稠油粘度高、摩擦阻力大、原油不进泵、抽油杆柱下行困难、泵腔吸入面积偏小以及泵结构磨损等问题，参考各类文献，提出了结构优化措施的环腔泵空心杆环腔泵，解决了稠油不进泵及杆柱下行困难等问题，并可不动管柱进行测试和对稠油层注入蒸汽，实施蒸汽吞吐开采工艺。现场试验及应用表明，这种泵具有泵效高、结构简单、作业方便等优点。综合起来，得到以下结论：

(1)空心环腔泵的研制应用，打破了管式泵模式，结构新颖，泵凡尔是机械强制性开启和关闭，防止气锁，提高泵的充满系数。

(2)通过对稠油的深入了解，根据稠油泵的实际使用状况，以及泵结构在实际使用中出现的问题提出了优化的方法。

(3)针对上出油阀罩容易断脱的现象，采用增效杆的方法可以较好的提高其强度，延长其使用寿命，目前运用也比较广泛。另一种将阶段，从理论上讲，可以减少上出油阀罩的断脱。

(4)空心杆电加热技术是稠油开采中，井筒举升工艺的新发展。从施工、性能上看优越于热水伴随、掺热稀油、环空加化学助剂等工艺，投资少，施工简单，适应性强，性能稳定可靠，对油层无污染，可自动控制，调整灵活易行。

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